포항공과대학교(POSTECH) 생명과학과의 황인환 교수와 김민성 교수가 이끄는 연구팀이 ㈜바이오컴과의 협력을 통해 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 해양에 효과적으로 흡수하여 지구 온난화를 완화할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다. 이번 연구는 환경 분야 국제 학술지 ‘Journal of CO₂ Utilization’ 온라인판에 게재되었다.
현재 지구는 지구온난화 단계를 넘어 지구가 과열되는 ‘글로벌 보일링’ 단계에 접어들면서, 슈퍼 태풍과 기록적인 가뭄 등 극단적인 기후 현상이 빈발하고 있어 인류와 생태계가 심각한 위기에 직면해 있다. 이러한 상황에서 온실가스, 특히 이산화탄소의 효과적인 제거 기술이 절실히 요구되고 있다.
대부분의 온실가스 감축 정책이 배출원 관리에 집중되는 가운데, 대기 중에 이미 축적된 온실가스를 직접 제거하는 방법도 중요해지고 있다. 이를 위해 연구팀은 탄산무수화효소(CA)를 활용했다. CA는 이산화탄소를 물에 녹여 탄산(H₂CO₃)으로 변환시키는 효소로, 최근 이산화탄소 제거 수단으로 주목받고 있다. 그러나 기존의 CA는 온도나 염분 변화에 민감하여 효율이 저하되는 한계가 있었다.
POSTECH 연구팀은 컴퓨터 설계 기술을 기반으로 서로 다른 특성을 가진 효소를 결합하여 새로운 하이브리드 효소를 개발하는데 성공했다. 예를 들어, 내구성이 뛰어나지만 활성은 낮은 효소와, 활성은 높지만 내구성이 낮은 효소를 재조합하여 고온이나 알칼리성 환경에서도 높은 활성과 내구성을 유지할 수 있는 CA를 만들어냈다. 이로 인해 개발된 CA는 100℃에서도 24시간 동안 효율을 80% 이상 유지하며, 성능이 10% 향상되었다.
또한, 염분 내성이 강화된 CA를 사용하여 대기 중의 이산화탄소를 바닷물에 효과적으로 용해시켰으며, 바닷물 속 칼슘(Ca²⁺)과 마그네슘(Mg²⁺) 이온과 결합하여 탄산염을 형성하도록 pH를 조절하는 기술을 구현했다. 그 결과, 대기 중에서 해양으로 이동한 이산화탄소는 다시 대기로 방출되지 않고 바다에 고정되었다.
황인환 교수는 “연구팀의 기술이 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 데 실질적으로 기여하길 바란다”며, “앞으로도 지속 가능한 미래를 위해 더욱 혁신적인 방법을 모색해 나갈 것이다”라고 밝혔다. ㈜바이오컴의 류봉열 대표는 “후속 연구를 통해 효율이 향상되고 규모가 큰 장치를 개발하면 대기로부터 많은 양의 이산화탄소를 효과적으로 제거할 수 있을 것”이라며 연구의 의의를 강조했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구사업과 교육부 한국기초과학연구소의 지원을 받아 수행되었다. 연구팀의 성과는 이산화탄소 저감 기술의 새로운 가능성을 열어주며, 기후 변화에 대응하기 위한 중요한 발걸음으로 평가된다.
참고 자료
https://doi.org/10.1016/j.jcou.2024.102912
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